Các nhà nghiên cứu nâng cao kỳ vọng thương mại hóa pin ở trạng thái rắn mật độ năng lượng cao
bởi Hội đồng Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Quốc gia
Chiến lược thiết kế chất điện phân thể rắn ổn định điện áp cao. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc
Các nhà nghiên cứu đang tích cực nghiên cứu các chất điện phân rắn không cháy như một giải pháp thay thế an toàn hơn cho các chất điện phân lỏng thường thấy trong pin lithium-ion, vốn dễ bị cháy nổ.
Mặc dù các chất điện phân rắn dựa trên sunfua có khả năng dẫn ion tuyệt vời, nhưng tính không ổn định hóa học của chúng với vật liệu catốt điện áp cao cần thiết cho pin mật độ năng lượng cao đã cản trở khả năng thương mại của chúng. Do đó, ngày càng có nhiều mối quan tâm về chất điện phân rắn gốc clorua, chất ổn định trong điều kiện điện áp cao do đặc tính liên kết mạnh của chúng.
Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc thông báo rằng nhóm nghiên cứu chung KIST-LLNL do Tiến sĩ Seungho Yu thuộc Trung tâm Nghiên cứu Lưu trữ Năng lượng, Tiến sĩ Sang Soo Han thuộc Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Tính toán và Tiến sĩ Brandon Wood của Lawrence Livermore National dẫn đầu. Phòng thí nghiệm (LLNL) đã phát triển chất điện phân thể rắn dựa trên clorua ổn định có điện áp cao thay thế flo thông qua khoa học tính toán. Tác phẩm đã được xuất bản trên tạp chí ACS Energy Letters.
LLNL là phòng thí nghiệm quốc gia hàng đầu thuộc Cục An ninh Hạt nhân Quốc gia Hoa Kỳ, được biết đến với các cơ sở siêu máy tính tuyệt vời. Từ năm 2019, KIST và LLNL đã tiến hành hợp tác nghiên cứu trong lĩnh vực pin thứ cấp.
Để cải thiện độ ổn định điện áp cao của chất điện phân rắn gốc clorua (Li3MCl6), nhóm nghiên cứu đã đề xuất thành phần và nguyên lý thiết kế tối ưu của chất điện phân rắn gốc clorua (Li3MCl5F) được thay thế bằng flo (F), có khả năng liên kết hóa học mạnh.
Đối với chiến lược được đề xuất nhằm cải thiện độ ổn định điện áp cao của chất điện phân rắn dựa trên clorua của KIST, LLNL đã đóng góp bằng cách sử dụng tài nguyên siêu máy tính tiên tiến của họ để tính toán và xác nhận thử nghiệm tiếp theo đã được tiến hành tại KIST. Nhóm nghiên cứu hợp tác đã áp dụng chiến lược tiết kiệm thời gian và hiệu quả về mặt chi phí, trong đó khoa học tính toán hướng dẫn thiết kế vật liệu ban đầu, sau đó là xác nhận nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm.
Tổng quan về nghiên cứu hợp tác quốc tế KIST-LLNL. Nguồn: Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc
Chất điện phân rắn gốc clorua được tổng hợp dựa trên nguyên tắc thiết kế do nhóm nghiên cứu đề xuất đã được áp dụng cho pin toàn thể rắn để đánh giá độ ổn định điện hóa của nó trong điều kiện điện áp cao.
Thật ấn tượng, nó cho thấy độ ổn định ở điện áp cao vượt quá 4 V, tương đương với độ ổn định của pin lithium-ion thương mại có chất điện phân lỏng. Theo đó, chất điện phân rắn gốc clorua được thay thế bằng flo (F) dự kiến sẽ thay thế chất điện phân rắn gốc sunfua không ổn định ở điện áp cao, đẩy nhanh quá trình thương mại hóa pin ở trạng thái rắn.
Hàn Quốc-Mỹ Nhóm nghiên cứu chung sẽ tiến hành nghiên cứu tiếp theo về quy trình tổng hợp vật liệu, bên cạnh việc tối ưu hóa quy trình sản xuất điện cực và tế bào. Những nỗ lực phối hợp này nhằm mục đích đẩy nhanh quá trình thương mại hóa pin ở trạng thái rắn.
